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新教材高考生物一轮复习第六单元基因的本质与表达第2讲DNA的结构复制与基因的本质课件新人教版
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这是一份新教材高考生物一轮复习第六单元基因的本质与表达第2讲DNA的结构复制与基因的本质课件新人教版，共55页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引等内容，欢迎下载使用。
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。3.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA 分子上。
1.通过构建模型深刻理解DNA分子的结构与复制过程。2.运用模型辅助法深刻理解基因、DNA、染色体之间的关系。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.构建者美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2.DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸(1)结构模式图(2)构成:由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基构成。其中碱基包括A、T、G和C,共4种。(3)种类:腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸,共4种。
3.DNA双螺旋结构的主要特点注并非所有的DNA都是双链。
(1)DNA是由两条单链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对具有一定的规律:A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作碱基互补配对原则。
4.DNA的方向性(1)脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。(2)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。(3)DNA的两条单链走向相反,从双链的一端起始,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链则是从3'-端到5'-端的。
知识落实1.右图为核苷酸模式图。下列说法正确的是( )A.组成DNA与RNA的核苷酸只有③不同B.在人的口腔上皮细胞中,①有1种,③有5种C.RNA分子中,连接②和③的化学键的数目等于氢键的数目D.在含有5对核苷酸的DNA片段中,连接①和②的化学键有12个
组成DNA与RNA的核苷酸中②(五碳糖)也不同,A项错误。人体口腔上皮细胞中既有DNA也有RNA,因此③(碱基)有5种,①(磷酸)有1种,B项正确。RNA分子一般为单链,除tRNA 外,一般没有氢键,C项错误。含5对核苷酸的DNA片段中,连接①和②的化学键应该有18个,D项错误。
2.下图表示1个DNA的结构片段。下列有关叙述正确的是( )A.④代表的物质中储存着遗传信息B.不同生物的DNA中④的种类无特异性C.转录时该片段的2条链都可作为模板链D.DNA中A与T碱基对含量越高,其结构越稳定
④代表的物质是脱氧核苷酸,而遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中,A项错误。不同生物的DNA中④脱氧核苷酸的种类无特异性,但是脱氧核苷酸的排列顺序差异很大,B项正确。转录时该片段只有1条链可作为模板链,C项错误。DNA中G与C碱基对含量越高,其结构越稳定,D项错误。
3.某单链DNA可以催化2个底物DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是( )A.该单链DNA中,嘌呤数一定等于嘧啶数B.该单链DNA中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数C.该单链DNA作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的D.该单链DNA中,每个脱氧核糖上均连有2个磷酸和1个含氮碱基
该DNA为单链DNA,不遵循碱基互补配对原则,因此其嘌呤数不一定等于嘧啶数,A项错误。组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸分子由1分子磷酸、1分子含氮碱基和1分子脱氧核糖组成,因此在该DNA中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数,B项正确。DNA聚合酶能催化单个脱氧核苷酸连接到DNA上,该DNA可以催化2个底物DNA片段之间的连接,相当于DNA连接酶,C项错误。在该DNA中,大多数脱氧核糖上均连有2个磷酸和1个含氮碱基,3'-端的脱氧核糖只连接1个磷酸和1个含氮碱基,D项错误。
知识筛查1.对DNA复制的推测(1)沃森和克里克的半保留复制假说(2)遗传物质自我复制的其他假说全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。
2.DNA半保留复制的实验证据(1)实验原理:15N和14N是氮元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同。含15N的DNA比含14N的DNA密度大,因此,利用离心技术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA。(2)技术方法:同位素标记技术和离心技术。(3)实验假设:DNA的复制方式为半保留复制。
(4)实验思路与预期结果(5)实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。(6)假如全保留复制是正确的,实验预期将是第一代离心结果为1/2的14N/14N-DNA(轻带)和1/2的15N/15N-DNA(重带),第二代离心结果为1/4的15N/15N-DNA(重带)和3/4的14N/14N-DNA(轻带)。
3.DNA复制的过程
知识落实1.(不定项选择题)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入含14N的培养基中培养,提取其子代细菌的DNA进行离心分离,下图①~⑤为可能的结果。下列叙述错误的是( )A.第一次分裂的子代DNA应为②B.第二次分裂的子代DNA应为⑤C.第三次分裂的子代DNA应为③D.亲代的DNA应为④
子一代DNA表明DNA只复制一次,都是15N/14N-DNA,所以应为②,A项正确。子二代DNA表明DNA复制两次,产生四个DNA,其中两个是14N/14N-DNA,另外两个为15N/14N-DNA,所以应为①,B项错误。子三代DNA表明DNA复制三次,产生八个DNA,其中六个都是14N/14N-DNA,两个为15N/14N-DNA,所以应为③,C项正确。亲代的DNA都是15N/15N-DNA,所以应为⑤,D项错误。
2.正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋的两条链解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用。下列叙述正确的是( )A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶B.SSB与单链的结合将不利于DNA复制C.SSB与 DNA单链既可结合也可分开D.SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则
根据题干中“双螺旋的两条链解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A项错误。SSB与单链的结合有利于DNA复制,B项错误。SSB是一种 DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D项错误。
3.1个用15N标记的DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次,再将全部复制产物置于试管内进行离心。右图中分别代表复制1次、2次、3次后的分层结果的是( )A.c、e、fB.a、e、bC.a、b、dD.c、d、f
由于DNA分子的复制是半保留复制,1个用15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制1次后,每个DNA分子的一条链含15N,另一条链含14N,离心后全部位于中间密度层,对应题图中的c;复制2次后,产生4个DNA分子,其中含有15N和14N的DNA分子有2个,离心后位于中间密度层,只含14N的DNA分子有2个,离心后位于小密度层,对应题图中的e;复制3次后,产生8个DNA分子,其中含有15N和14N的DNA分子有2个,离心后位于中间密度层,只含14N的DNA分子有6个,离心后位于小密度层,对应题图中的f。
知识筛查1.说明基因与DNA关系的实例注图中的资料见教科书必修2第57页“思考·讨论”。
2.DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。(2)DNA的多样性与特异性①多样性:碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA的多样性。②特异性:碱基特定的排列顺序,构成了每个DNA分子的特异性。(3)基因由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA,只有极少数生物的遗传物质是RNA,因此,对绝大多数生物而言,基因是有遗传效应的DNA片段;对极少数生物而言,基因是有遗传效应的RNA片段。基因通常是有遗传效应的DNA片段。
易错易混(1)对于真核细胞来说,染色体是基因(遗传物质DNA)的主要载体,线粒体和叶绿体也是基因的载体。(2)遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。(4)基因通常是指双链DNA 片段,而RNA 病毒的基因是指有遗传效应的RNA片段。
知识落实1.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,错误的是( )A.在 DNA 分子中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基B.基因通常是有遗传效应的 DNA片段,一个 DNA分子上可含有成百上千个基因C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D.染色体是 DNA的主要载体,一条染色体上含有一个或两个DNA分子
在DNA分子中,与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基团和一个碱基。
2.下列有关真核生物基因的说法,正确的是( )①基因通常是有遗传效应的DNA片段 ②基因的基本单位是核糖核苷酸 ③基因存在于细胞核、核糖体等结构中 ④基因表达会受到环境的影响 ⑤基因在染色体上呈线性排列 ⑥基因的分子结构首先由摩尔根发现A.①②③ B.②④⑥C.①④⑤ D.③④⑤
真核生物基因的基本单位是脱氧核苷酸,②错误;基因不存在于核糖体中,③错误;基因的分子结构首先是由沃森和克里克提出的,⑥错误。
3.右上图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图。下列有关叙述正确的是( )A.R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质B.R、S、N、O互为非等位基因C.果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的D.每个基因中有一个碱基对的替换,都会引起生物性状的改变
R基因中的脱氧核苷酸序列不一定都能编码蛋白质,如非编码区和内含子不能编码蛋白质,A项错误。果蝇基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,C项错误。由于密码子的简并,基因中有一个碱基对的替换,密码子决定的氨基酸不一定改变;如果密码子所决定的氨基酸有所改变,将导致蛋白质组成及其空间结构等的变化,但生物的性状还与生物所处的环境等外界因素有关,所以生物性状也不一定会改变,D项错误。
典型例题用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如下表所示。下列说法正确的是( )
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA分子中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
根据表格数据可知,最多构建4种脱氧核苷酸,4个脱氧核苷酸对。构成的双链DNA片段中可含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对,故最多可含氢键2×2+2×3=10(个)。DNA分子中,与脱氧核糖直接连接的一般是2分子磷酸,但3'-端的脱氧核糖只连接1分子磷酸。这些卡片可形成2个A—T碱基对和2个G—C碱基对,且碱基对种类和数目确定,因此可构建的DNA种类数少于44种。
整合构建1.与DNA结构有关的3个常见考点(1)数量关系(2)位置关系(3)化学键
2.与碱基互补配对有关的规律解题时先画出简图,根据碱基互补配对原则推知规律。规律1:在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,A=T,C=G,A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。规律2:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。规律3:DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)的值等于互补链中该比值的倒数,在整个DNA分子中该比值等于1。
规律4:DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)的值与其互补链和整个DNA分子中的该比值相等。规律5:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值一般不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。规律6:若A1/单链中的碱基数=b,则A1/双链中的碱基数=b/2。
训练突破1.下图表示某DNA片段。下列有关该图的叙述,错误的是( )A.②③④可形成DNA的基本组成单位B.⑥所代表的碱基是GC.⑤的形成与断裂都需要酶的催化D.DNA复制时,DNA的两条链都可作为模板
①是磷酸二酯键,②是磷酸,③是脱氧核糖,④是胞嘧啶,⑤是氢键。②③④可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸,是DNA的一种基本组成单位,A项正确。在DNA双链中A与T配对,C与G配对,B项正确。氢键的断裂需要DNA解旋酶的催化作用,但其形成不需要酶的催化,C项错误。DNA的复制方式为半保留复制,分别以两条链作为模板合成出各自的子链,各构成一个新的DNA分子,D项正确。
2.已知某DNA分子中,(G+C)占全部碱基的35.8%,其中一条链上的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则该链的互补链中,T和C分别占互补链碱基总数的( )A.32.9%和7.1%B.17.1%和32.9%C.18.7%和1.3%D.31.3%和18.7%
(G+C)占全部碱基的35.8%,那么(A+T)占全部碱基的64.2%,每条链中的(A+T)都占该链的64.2%,同理(G+C)在每条链中都占35.8%。一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,那么A与G分别占31.3%和18.7%,因为A与T互补、G与C互补,所以互补链中T和C的比例应与该链中A与G的比例相等。
典型例题若以白色表示某亲本DNA分子双链,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )
DNA复制为半保留复制,第一次复制后亲本DNA的两条链分别进入两个子代DNA分子中,第二次复制得到的四个DNA分子中,都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的。
整合构建1.DNA连续复制两次的图像及解读
2.DNA复制过程中的数量关系DNA分子复制的方式为半保留复制,若一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制n次,其结果分析如下。(1)子代DNA分子数:2n个。①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。②含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个。做题时应看清楚是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1(条)。①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。做题时应看清楚是“DNA分子数”还是“链数”。②含14N的链数是(2n+1-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n-1)个。②进行第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。
3.利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系
易错易混关于DNA复制的2个易错点(1)在做DNA复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA数”还是“链数”。(2)在分析细胞分裂问题时,常以染色体或DNA为研究对象,而在分析DNA复制问题时,一定要从DNA 2条单链的角度考虑,所以复制后的1条染色体上的2个DNA分子中都含有原来的单链。
训练突破1.1个双链DNA分子共有碱基1 400个,其中1条链上(A+T)∶(G+C)=2∶5;构成该DNA分子的氮元素均为14N。将该DNA分子转移到含15N的培养基中连续复制3次,则1个DNA分子中的腺嘌呤数以及复制3次后含15N的DNA分子数依次为( )A.140个,2个 B.200个,8个C.280个,6个 D.400个,8个
分析题意可知,1个DNA分子中(A+T)∶(G+C)也是2∶5,所以1个DNA分子中A+T=400(个),又因A=T,所以腺嘌呤为200个。将该DNA分子转移到含15N的培养基中连续复制3次,由于DNA分子为半保留复制,所以得到的8个DNA分子都含有15N。
2.1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料进行了下图所示实验,证实了DNA是以半保留方式复制的,②③④⑤试管是模拟可能出现的结果。下列叙述正确的是( )A.该实验运用了同位素标记技术,出现④的结果至少需要90 minB.③是转移至含14N的培养基中复制一代的结果,②是复制两代的结果C.对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管③的结果D.给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示
该实验运用了同位素标记技术,根据DNA半保留复制的特点可知,④是复制两代的结果,因此出现④的结果至少需要60 min,A项错误。根据DNA半保留复制的特点可知,③是转移至含14N的培养基中复制一代的结果,④是复制两代的结果,B项错误。给试管④中加入解旋酶一段时间后离心的结果应该是出现1/4重带和3/4轻带,与试管⑤所示结果不符,D项错误。
3.用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,则第二次细胞分裂的后期,细胞中( )A.染色体数目为20条,每个DNA分子都带有32P标记B.染色体数目为20条,仅10个DNA分子带有32P标记 C.染色体数目为40条,每个DNA分子都带有32P标记D.染色体数目为40条,仅20个DNA分子带有32P标记
DNA分子的复制方式为半保留复制,子代DNA的2条链中有1条是亲代中的模板链。体细胞进行第一次分裂时,DNA复制所形成的每一条染色单体均含有亲代的DNA链,因此子一代细胞的每一条染色体的DNA都有1条32P标记的脱氧核苷酸链。第二次有丝分裂前的间期,DNA复制后,每一条染色体上都是1条染色单体有32P标记,1条染色单体无32P标记,有丝分裂后期,着丝粒分裂,染色体加倍,一半的染色体,即20个DNA分子带有32P标记。
高考真题剖析【例题】 (2018海南卷)现有DNA的两条单链均只含有14N(表示为14N/14N-DNA)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA的组成类型和比例分别是( )A.有15N/14N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为1∶3B.有15N/15N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为1∶1C.有15N/15N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为3∶1D.有15N/14N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为3∶1
核心素养考查点剖析:本题以“大肠杆菌的繁殖”为载体,重点考查了DNA的复制,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:D解析:将含有14N/14N-DNA的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后,由于DNA的半保留复制,一个DNA复制两次得到的子代DNA中,有两个为14N/15N-DNA,有两个为15N/15N-DNA,再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,会得到六个15N/14N-DNA和两个14N/14N-DNA,15N/14N-DNA和14N/14N-DNA的比例为3∶1,D项正确。
典题训练1.(2018浙江卷)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如右上图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是( )A.本活动运用了同位素标记和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制
分析题图可知,a管中的DNA密度最大,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B项错误。
2.下图是某DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的是( )A.DNA复制时,解旋酶先将①全部切割,再进行复制B.DNA中A+T含量高时稳定性较高C.磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架D.a链、b链方向相同,a链与b链的碱基互补配对
DNA复制时边解旋边复制,A项错误。碱基A和T之间有两个氢键,碱基G和C之间有三个氢键,因此G+C含量高的DNA的稳定性相对较高,B项错误。DNA的两条链方向相反,D项错误。
3.将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到下页左上图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是( )A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传遵循基因分离定律C.复制n次需要胞嘧啶的数目是[(2n-1)(m-a)]/2个D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n+1-2条
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。3.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA 分子上。
1.通过构建模型深刻理解DNA分子的结构与复制过程。2.运用模型辅助法深刻理解基因、DNA、染色体之间的关系。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.构建者美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2.DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸(1)结构模式图(2)构成:由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基构成。其中碱基包括A、T、G和C,共4种。(3)种类:腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸,共4种。
3.DNA双螺旋结构的主要特点注并非所有的DNA都是双链。
(1)DNA是由两条单链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对具有一定的规律:A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作碱基互补配对原则。
4.DNA的方向性(1)脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。(2)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。(3)DNA的两条单链走向相反,从双链的一端起始,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链则是从3'-端到5'-端的。
知识落实1.右图为核苷酸模式图。下列说法正确的是( )A.组成DNA与RNA的核苷酸只有③不同B.在人的口腔上皮细胞中,①有1种,③有5种C.RNA分子中,连接②和③的化学键的数目等于氢键的数目D.在含有5对核苷酸的DNA片段中,连接①和②的化学键有12个
组成DNA与RNA的核苷酸中②(五碳糖)也不同,A项错误。人体口腔上皮细胞中既有DNA也有RNA,因此③(碱基)有5种,①(磷酸)有1种,B项正确。RNA分子一般为单链,除tRNA 外,一般没有氢键,C项错误。含5对核苷酸的DNA片段中,连接①和②的化学键应该有18个,D项错误。
2.下图表示1个DNA的结构片段。下列有关叙述正确的是( )A.④代表的物质中储存着遗传信息B.不同生物的DNA中④的种类无特异性C.转录时该片段的2条链都可作为模板链D.DNA中A与T碱基对含量越高,其结构越稳定
④代表的物质是脱氧核苷酸,而遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中,A项错误。不同生物的DNA中④脱氧核苷酸的种类无特异性,但是脱氧核苷酸的排列顺序差异很大,B项正确。转录时该片段只有1条链可作为模板链,C项错误。DNA中G与C碱基对含量越高,其结构越稳定,D项错误。
3.某单链DNA可以催化2个底物DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是( )A.该单链DNA中,嘌呤数一定等于嘧啶数B.该单链DNA中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数C.该单链DNA作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的D.该单链DNA中,每个脱氧核糖上均连有2个磷酸和1个含氮碱基
该DNA为单链DNA,不遵循碱基互补配对原则,因此其嘌呤数不一定等于嘧啶数,A项错误。组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸分子由1分子磷酸、1分子含氮碱基和1分子脱氧核糖组成,因此在该DNA中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数,B项正确。DNA聚合酶能催化单个脱氧核苷酸连接到DNA上,该DNA可以催化2个底物DNA片段之间的连接,相当于DNA连接酶,C项错误。在该DNA中,大多数脱氧核糖上均连有2个磷酸和1个含氮碱基,3'-端的脱氧核糖只连接1个磷酸和1个含氮碱基,D项错误。
知识筛查1.对DNA复制的推测(1)沃森和克里克的半保留复制假说(2)遗传物质自我复制的其他假说全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。
2.DNA半保留复制的实验证据(1)实验原理:15N和14N是氮元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同。含15N的DNA比含14N的DNA密度大,因此,利用离心技术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA。(2)技术方法:同位素标记技术和离心技术。(3)实验假设:DNA的复制方式为半保留复制。
(4)实验思路与预期结果(5)实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。(6)假如全保留复制是正确的,实验预期将是第一代离心结果为1/2的14N/14N-DNA(轻带)和1/2的15N/15N-DNA(重带),第二代离心结果为1/4的15N/15N-DNA(重带)和3/4的14N/14N-DNA(轻带)。
3.DNA复制的过程
知识落实1.(不定项选择题)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入含14N的培养基中培养,提取其子代细菌的DNA进行离心分离,下图①~⑤为可能的结果。下列叙述错误的是( )A.第一次分裂的子代DNA应为②B.第二次分裂的子代DNA应为⑤C.第三次分裂的子代DNA应为③D.亲代的DNA应为④
子一代DNA表明DNA只复制一次,都是15N/14N-DNA,所以应为②,A项正确。子二代DNA表明DNA复制两次,产生四个DNA,其中两个是14N/14N-DNA,另外两个为15N/14N-DNA,所以应为①,B项错误。子三代DNA表明DNA复制三次,产生八个DNA,其中六个都是14N/14N-DNA,两个为15N/14N-DNA,所以应为③,C项正确。亲代的DNA都是15N/15N-DNA,所以应为⑤,D项错误。
2.正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋的两条链解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用。下列叙述正确的是( )A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶B.SSB与单链的结合将不利于DNA复制C.SSB与 DNA单链既可结合也可分开D.SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则
根据题干中“双螺旋的两条链解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A项错误。SSB与单链的结合有利于DNA复制,B项错误。SSB是一种 DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D项错误。
3.1个用15N标记的DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次,再将全部复制产物置于试管内进行离心。右图中分别代表复制1次、2次、3次后的分层结果的是( )A.c、e、fB.a、e、bC.a、b、dD.c、d、f
由于DNA分子的复制是半保留复制,1个用15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制1次后,每个DNA分子的一条链含15N,另一条链含14N,离心后全部位于中间密度层,对应题图中的c;复制2次后,产生4个DNA分子,其中含有15N和14N的DNA分子有2个,离心后位于中间密度层,只含14N的DNA分子有2个,离心后位于小密度层,对应题图中的e;复制3次后,产生8个DNA分子,其中含有15N和14N的DNA分子有2个,离心后位于中间密度层,只含14N的DNA分子有6个,离心后位于小密度层,对应题图中的f。
知识筛查1.说明基因与DNA关系的实例注图中的资料见教科书必修2第57页“思考·讨论”。
2.DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。(2)DNA的多样性与特异性①多样性:碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA的多样性。②特异性:碱基特定的排列顺序,构成了每个DNA分子的特异性。(3)基因由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA,只有极少数生物的遗传物质是RNA,因此,对绝大多数生物而言,基因是有遗传效应的DNA片段;对极少数生物而言,基因是有遗传效应的RNA片段。基因通常是有遗传效应的DNA片段。
易错易混(1)对于真核细胞来说,染色体是基因(遗传物质DNA)的主要载体,线粒体和叶绿体也是基因的载体。(2)遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。(4)基因通常是指双链DNA 片段,而RNA 病毒的基因是指有遗传效应的RNA片段。
知识落实1.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,错误的是( )A.在 DNA 分子中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基B.基因通常是有遗传效应的 DNA片段,一个 DNA分子上可含有成百上千个基因C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D.染色体是 DNA的主要载体,一条染色体上含有一个或两个DNA分子
在DNA分子中,与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基团和一个碱基。
2.下列有关真核生物基因的说法,正确的是( )①基因通常是有遗传效应的DNA片段 ②基因的基本单位是核糖核苷酸 ③基因存在于细胞核、核糖体等结构中 ④基因表达会受到环境的影响 ⑤基因在染色体上呈线性排列 ⑥基因的分子结构首先由摩尔根发现A.①②③ B.②④⑥C.①④⑤ D.③④⑤
真核生物基因的基本单位是脱氧核苷酸,②错误;基因不存在于核糖体中,③错误;基因的分子结构首先是由沃森和克里克提出的,⑥错误。
3.右上图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图。下列有关叙述正确的是( )A.R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质B.R、S、N、O互为非等位基因C.果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的D.每个基因中有一个碱基对的替换,都会引起生物性状的改变
R基因中的脱氧核苷酸序列不一定都能编码蛋白质,如非编码区和内含子不能编码蛋白质,A项错误。果蝇基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,C项错误。由于密码子的简并,基因中有一个碱基对的替换,密码子决定的氨基酸不一定改变;如果密码子所决定的氨基酸有所改变,将导致蛋白质组成及其空间结构等的变化,但生物的性状还与生物所处的环境等外界因素有关,所以生物性状也不一定会改变,D项错误。
典型例题用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如下表所示。下列说法正确的是( )
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA分子中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
根据表格数据可知,最多构建4种脱氧核苷酸,4个脱氧核苷酸对。构成的双链DNA片段中可含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对,故最多可含氢键2×2+2×3=10(个)。DNA分子中,与脱氧核糖直接连接的一般是2分子磷酸,但3'-端的脱氧核糖只连接1分子磷酸。这些卡片可形成2个A—T碱基对和2个G—C碱基对,且碱基对种类和数目确定,因此可构建的DNA种类数少于44种。
整合构建1.与DNA结构有关的3个常见考点(1)数量关系(2)位置关系(3)化学键
2.与碱基互补配对有关的规律解题时先画出简图,根据碱基互补配对原则推知规律。规律1:在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,A=T,C=G,A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。规律2:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。规律3:DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)的值等于互补链中该比值的倒数,在整个DNA分子中该比值等于1。
规律4:DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)的值与其互补链和整个DNA分子中的该比值相等。规律5:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值一般不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。规律6:若A1/单链中的碱基数=b,则A1/双链中的碱基数=b/2。
训练突破1.下图表示某DNA片段。下列有关该图的叙述,错误的是( )A.②③④可形成DNA的基本组成单位B.⑥所代表的碱基是GC.⑤的形成与断裂都需要酶的催化D.DNA复制时,DNA的两条链都可作为模板
①是磷酸二酯键,②是磷酸,③是脱氧核糖,④是胞嘧啶,⑤是氢键。②③④可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸,是DNA的一种基本组成单位,A项正确。在DNA双链中A与T配对,C与G配对,B项正确。氢键的断裂需要DNA解旋酶的催化作用,但其形成不需要酶的催化,C项错误。DNA的复制方式为半保留复制,分别以两条链作为模板合成出各自的子链,各构成一个新的DNA分子,D项正确。
2.已知某DNA分子中,(G+C)占全部碱基的35.8%,其中一条链上的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则该链的互补链中,T和C分别占互补链碱基总数的( )A.32.9%和7.1%B.17.1%和32.9%C.18.7%和1.3%D.31.3%和18.7%
(G+C)占全部碱基的35.8%,那么(A+T)占全部碱基的64.2%,每条链中的(A+T)都占该链的64.2%,同理(G+C)在每条链中都占35.8%。一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,那么A与G分别占31.3%和18.7%,因为A与T互补、G与C互补,所以互补链中T和C的比例应与该链中A与G的比例相等。
典型例题若以白色表示某亲本DNA分子双链,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是( )
DNA复制为半保留复制,第一次复制后亲本DNA的两条链分别进入两个子代DNA分子中,第二次复制得到的四个DNA分子中,都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的。
整合构建1.DNA连续复制两次的图像及解读
2.DNA复制过程中的数量关系DNA分子复制的方式为半保留复制,若一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制n次,其结果分析如下。(1)子代DNA分子数:2n个。①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。②含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个。做题时应看清楚是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1(条)。①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。做题时应看清楚是“DNA分子数”还是“链数”。②含14N的链数是(2n+1-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n-1)个。②进行第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。
3.利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系
易错易混关于DNA复制的2个易错点(1)在做DNA复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA数”还是“链数”。(2)在分析细胞分裂问题时,常以染色体或DNA为研究对象,而在分析DNA复制问题时,一定要从DNA 2条单链的角度考虑,所以复制后的1条染色体上的2个DNA分子中都含有原来的单链。
训练突破1.1个双链DNA分子共有碱基1 400个,其中1条链上(A+T)∶(G+C)=2∶5;构成该DNA分子的氮元素均为14N。将该DNA分子转移到含15N的培养基中连续复制3次,则1个DNA分子中的腺嘌呤数以及复制3次后含15N的DNA分子数依次为( )A.140个,2个 B.200个,8个C.280个,6个 D.400个,8个
分析题意可知,1个DNA分子中(A+T)∶(G+C)也是2∶5,所以1个DNA分子中A+T=400(个),又因A=T,所以腺嘌呤为200个。将该DNA分子转移到含15N的培养基中连续复制3次,由于DNA分子为半保留复制,所以得到的8个DNA分子都含有15N。
2.1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料进行了下图所示实验,证实了DNA是以半保留方式复制的,②③④⑤试管是模拟可能出现的结果。下列叙述正确的是( )A.该实验运用了同位素标记技术,出现④的结果至少需要90 minB.③是转移至含14N的培养基中复制一代的结果,②是复制两代的结果C.对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管③的结果D.给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示
该实验运用了同位素标记技术,根据DNA半保留复制的特点可知,④是复制两代的结果,因此出现④的结果至少需要60 min,A项错误。根据DNA半保留复制的特点可知,③是转移至含14N的培养基中复制一代的结果,④是复制两代的结果,B项错误。给试管④中加入解旋酶一段时间后离心的结果应该是出现1/4重带和3/4轻带,与试管⑤所示结果不符,D项错误。
3.用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,则第二次细胞分裂的后期,细胞中( )A.染色体数目为20条,每个DNA分子都带有32P标记B.染色体数目为20条,仅10个DNA分子带有32P标记 C.染色体数目为40条,每个DNA分子都带有32P标记D.染色体数目为40条,仅20个DNA分子带有32P标记
DNA分子的复制方式为半保留复制,子代DNA的2条链中有1条是亲代中的模板链。体细胞进行第一次分裂时,DNA复制所形成的每一条染色单体均含有亲代的DNA链,因此子一代细胞的每一条染色体的DNA都有1条32P标记的脱氧核苷酸链。第二次有丝分裂前的间期,DNA复制后,每一条染色体上都是1条染色单体有32P标记,1条染色单体无32P标记,有丝分裂后期,着丝粒分裂,染色体加倍,一半的染色体,即20个DNA分子带有32P标记。
高考真题剖析【例题】 (2018海南卷)现有DNA的两条单链均只含有14N(表示为14N/14N-DNA)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA的组成类型和比例分别是( )A.有15N/14N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为1∶3B.有15N/15N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为1∶1C.有15N/15N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为3∶1D.有15N/14N-DNA和14N/14N-DNA两种,其比例为3∶1
核心素养考查点剖析:本题以“大肠杆菌的繁殖”为载体,重点考查了DNA的复制,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:D解析:将含有14N/14N-DNA的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后,由于DNA的半保留复制,一个DNA复制两次得到的子代DNA中,有两个为14N/15N-DNA,有两个为15N/15N-DNA,再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,会得到六个15N/14N-DNA和两个14N/14N-DNA,15N/14N-DNA和14N/14N-DNA的比例为3∶1,D项正确。
典题训练1.(2018浙江卷)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如右上图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是( )A.本活动运用了同位素标记和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制
分析题图可知,a管中的DNA密度最大,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B项错误。
2.下图是某DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的是( )A.DNA复制时,解旋酶先将①全部切割,再进行复制B.DNA中A+T含量高时稳定性较高C.磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架D.a链、b链方向相同,a链与b链的碱基互补配对
DNA复制时边解旋边复制,A项错误。碱基A和T之间有两个氢键,碱基G和C之间有三个氢键,因此G+C含量高的DNA的稳定性相对较高,B项错误。DNA的两条链方向相反,D项错误。
3.将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到下页左上图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是( )A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传遵循基因分离定律C.复制n次需要胞嘧啶的数目是[(2n-1)(m-a)]/2个D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n+1-2条
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